穩定態二氧化氯結合熱處理貯藏板栗

顧仁勇，楊萬根

(吉首大學 化學化工學院，湖南 吉首，416000)

穩定態二氧化氯結合熱處理貯藏板栗

顧仁勇*，楊萬根

(吉首大學 化學化工學院，湖南 吉首，416000)

采用響應面法，以保鮮率為響應值，考察二氧化氯質量濃度、處理溫度和處理時間對板栗保鮮率的影響，優化貯藏條件。結果表明，二氧化氯質量濃度與處理溫度、二氧化氯質量濃度與處理時間均對板栗保鮮率存在協同增效作用；最優貯藏條件為二氧化氯質量濃度167 mg/L、處理溫度57 ℃、處理時間22 min。以此條件貯藏板栗，在5～15 ℃的環境溫度下貯藏60 d，保鮮率可達93.61%。

穩定態二氧化氯；熱處理；板栗；響應面

板栗(CastaneamollissimaBlume)是我國重要的名優堅果之一，不耐貯藏，貯藏期間易出現失水、腐爛、生蟲和種子發芽等現象，損失可達20%～40%[1-3]。其原因主要[4-5]：(1)真菌侵染導致的種仁腐爛；(2)失水引起果實干縮；(3)蟲害；(4)呼吸作用而導致的生理衰老。因此，殺滅病原菌和蟲卵、防止水分過度蒸發以及抑制呼吸強度是板栗貯藏中需要解決的技術問題。目前，板栗貯藏多以冷藏和氣調貯藏為主，防腐劑處理、熱處理、涂膜及輻照處理等也有廣泛的研究[6-13]。

穩定態二氧化氯是一種安全高效的殺菌劑，它通過有效氧化細胞內含巰基的酶，除能殺死一般細菌外，對芽孢、病毒、藻類、真菌等均有較好的殺滅作用[14-18]，且具有對人體及動物無危害以及對環境不造成二次污染等優點。二氧化氯還能阻止植物體內蛋氨酸分解成乙烯，且能破壞已形成的乙烯，從而延緩果蔬的衰老和腐敗，因而在果蔬貯藏保鮮中得到較廣泛應用[19-21]，但穩定態二氧化氯用于板栗貯藏的研究報道很少[22]。果蔬采后熱處理可以殺死病原真菌以及害蟲的幼蟲和卵，還能抑制或破壞酶活性而降低采后呼吸強度，是國內外廣泛研究的一種果蔬物理保鮮技術[23-24]。熱處理用于板栗保藏的研究存在以下不足：(1)由于處理溫度不宜超過 60 ℃，否則會導致板栗果肉一定程度的糊化，所以殺菌不完全；(2)熱處理時間較長，通常在60～120 min，不僅生產效率較低，耗熱能增多，長時間熱處理還使VC和氨基酸的損耗增大，也會增大板栗果實的失重率。

本研究將穩定態二氧化氯與熱處理相結合用于板栗保藏，主要是利用二氧化氯的良好殺菌效果與熱處理的殺菌、鈍化酶和殺蟲效果實現互補和協同增效效應，達到優化處理條件并提高保藏效果的目的。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

板栗為湘西地區產油板栗；穩定態二氧化氯(粉狀，含量40%；含活化劑) 山東華實藥業有限公司。

1.2 儀器與設備

水浴鍋(實驗室改制)；TP-3000E電子天平，湘儀天平儀器設備有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 板栗貯藏處理方法

選用新鮮油板栗仁，剔除有外傷、蟲蛀、霉變以及體積過小或過大等果實，隨機分組。板栗用塑料袋盛裝，加入相應質量濃度的二氧化氯溶液，充分浸沒果實，扎緊袋口，整袋板栗水浴加熱，至袋內溶液達相應溫度后恒溫處理所需時間；熱處理完成后將板栗從袋內倒出攤放，并用風扇吹風使板栗表面快速干燥；再用經細針扎孔的塑料袋裝(保持一定的透氣性)，放置于陰涼通風處貯藏(試驗期間室溫處于5～15 ℃)。貯藏至第60天，取樣測定板栗保鮮指標。每個處理組用板栗5 kg，平均分為5袋處理后包裝貯藏，即每個處理重復5 次。

1.3.2 貯藏條件單因素及響應面優化試驗設計

在預實驗的基礎上，選取二氧化氯質量濃度(30、60、90、120、150、180 mg/L)、處理溫度(35、40、45、50、55、60 ℃)和處理時間(5、10、15、20、25、30 min)3個試驗因素的變量水平，固定水平根據試驗結果相應調整，進行單因素試驗，以板栗腐爛率、蟲果率、質量損失率和保鮮率為指標，評價保鮮效果，并初步優選3個因素的最適條件。

在單因素試驗結果的基礎上，以板栗保鮮率為響應值，采用Box-Behnken響應面試驗設計對二氧化氯質量濃度、處理溫度和處理時間3個因素的最佳組合條件進行優選。

1.3.3 板栗保鮮指標的測定

板栗品質損失主要表現為貯藏期間的腐爛、生蟲和質量損失，分別以腐爛率、蟲果率和質量損失率表示，按(1)、(2)和(3)式計算[1]：

(1)

(2)

(3)

為便于試驗數據處理，定義板栗保鮮率為：

Y/%=1-(R1+R2+R3)

(4)

式中:R1，腐爛率，%；R2，蟲果率，%；R3，質量損失率，%；Y，保鮮率，%；x，板栗果實總數，顆；x1，腐爛板栗數，顆；x2，生蟲板栗數，顆；m1，板栗貯藏前質量，kg；m2，板栗貯藏后質量，kg。

1.3.4 數據處理方法

單因素試驗中，采用“兩個樣本百分數資料差異顯著性測驗”的u測驗[25]，檢驗同一因素不同處理水平之間試驗結果的差異顯著性。采用Design-Expert 8.05軟件進行Box-Behnken響應面試驗設計及數據處理。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 二氧化氯質量濃度對板栗保藏效果的影響

板栗分別用質量濃度為30、60、90、120、150、180 mg/ L的二氧化氯溶液浸泡，于50 ℃下恒溫處理20 min，用扎孔塑料袋裝，貯藏60 d，板栗保鮮指標測定結果見圖1。

a-二氧化氯質量濃度對腐爛率蟲果率和質量損失率的影響；b-二氧化碳質量濃度對保險率的影響圖1 二氧化氯質量濃度對板栗保鮮指標的影響Fig.1 Effects of chlorine dioxide mass concentration on preservation index注：圖中同一曲線上相同字母表示處理水平間差異不顯著(p>0.05)，不同字母表示差異顯著(p<0.05)。圖2、圖3同。

由圖1-a所示結果可見，隨著二氧化氯質量濃度增大，板栗腐爛率逐步由16.01%降低至4.21%，差異極顯著(p<0.01)，表明二氧化氯在保藏中發揮了重要的殺菌作用，且隨質量濃度增大殺菌效果加強，至120 mg/kg達到殺菌極限；質量損失率由7.62%下降至3.31%，差異極顯著(p<0.01)，表明二氧化氯對減少質量損失也有重要作用，且隨用量增大效果加強，其原因可能是二氧化氯能阻止乙烯合成和破壞乙烯而減緩板栗呼吸作用，導致物質消耗減少[19]；蟲果率變化差異不顯著(p>0.05)，表明二氧化氯質量濃度變化對殺滅板栗害蟲無明顯影響。

由圖1-b可知，二氧化氯質量濃度由30 mg/L增大至150 mg/L時，板栗保鮮率逐步顯著提高，由最初的72.49%提高至89.84%，差異極顯著(p<0.01)，質量濃度繼續增加至180 mg/L，保鮮率僅由89.84%提高至90.06%，已無顯著增加(p>0.05)。因此，選取最適二氧化氯質量濃度為150 mg/L。

2.1.2 處理溫度對保鮮率的影響

依據2.1.1節試驗結果，選取二氧化氯質量濃度為150 mg/L浸泡板栗，分別于35、40、45、50、55、60 ℃下處理20 min，用扎孔塑料袋裝，貯藏60 d，板栗保鮮指標測定結果見圖2。

a-處理溫度對腐爛率、蟲果率和質量損失率的影響；b-處理溫度對保鮮率的影響圖2 處理溫度對板栗保鮮指標的影響Fig.2 Effects of treatment temperature on preservation index

由圖2-a所示結果可見，隨熱處理溫度提高，板栗蟲果率由11.07%降低至2.47%，差異極顯著(p<0.01)，表明熱處理溫度是影響殺滅板栗害蟲及蟲卵效果的重要因素，但溫度<45 ℃時蟲果率無明顯變化，溫度至55 ℃時殺蟲效果達到極限；腐爛率由8.11%降低至3.37%(p<0.01)，質量損失率由6.81%下降至3.15%(p<0.01)，表明熱處理對板栗殺菌和降低質量損失也有重要貢獻。

由圖2-b，當熱處理溫度由35 ℃增大至55 ℃，板栗保鮮率由74.01%提高至90.66%，貯藏效果得以極顯著提高(p<0.01)；處理溫度進一步提高，板栗保鮮率僅提高至91.01%，已無明顯增加(p>0.05)。因此，選取最適熱處理溫度為55 ℃。

2.1.3 處理時間對保鮮率的影響

依據2.1.1節和2.1.2試驗結果，選取二氧化氯質量濃度為150 mg/L，處理溫度55 ℃，分別浸泡板栗5、10、15、20、25、30 min，用扎孔塑料袋裝，貯藏60 d，板栗保鮮指標測定結果見圖3。

a-處理時間對腐爛率、蟲果率和質量損失率的影響；b-處理時間對板栗保鮮率的影響圖3 處理時間對板栗保鮮指標的影響Fig.3 Effects of treatment time on preservation index

由圖3-a所示結果可見，隨著處理時間由5 min延長至30 min，板栗腐爛率由11.13%降低至3.12%(p<0.01)，蟲果率由8.71%降低至2.46%(p<0.01)，質量損失率由7.21%降低至3.32%(p<0.01)，表明處理時間是提高綜合保鮮效果的重要條件。處理時間<15 min，效果提升不明顯，時間至20 min效果達極限。與文獻報道的單純熱處理(溫度50～60 ℃)需要60～120 min相比較[25]，二氧化氯與熱處理相結合因兩條件的協同作用可明顯縮短處理時間。

由圖3-b可知，處理時間5 min增大至20 min，板栗保鮮率由72.95%逐步提高至89.58%(p<0.01)，變化極顯著，繼續延長處理時間，保鮮率僅由89.58%提高至91.10%(p>0.05)，已無顯著變化。考慮到實際生產效率，選取最適處理時間為20 min。

2.2 響應面優化試驗結果

2.2.1 Box-Behnken試驗設計及結果

依據2.1節單因素試驗結果，選定熱處理時間、熱處理溫度和二氧化氯質量濃度3個試驗因素的水平范圍，采用Box-Behnken響應面優化試驗設計進行板栗貯藏條件優選，試驗因素水平見表1。各試驗組按1.3.1節所述方法處理，貯藏至第60天的板栗保鮮率測定結果見表2。

表1 響應面試驗因素水平表Table 1 Factors and levels in response surface design

2.2.2 模型的建立及方差分析

采用Design-Expert 8.05軟件對表2中的保鮮率結果進行多元回歸擬合，得到以保鮮率(Y)為響應值的回歸方程：

Y=91.95+2.71A+3.95B+3.23C+0.8AB-2.31AC-2.61BC-3.62A2-4.17B2-1.64C2

(5)

對回歸方程進行方差分析，結果見表3。

表2 響應面試驗設計及結果Table 2 Response surface design arrangement and experimental results

方差分析結果還顯示，3個因素A、B、C對響應值影響極顯著(p<0.01)，二次項A2和B2對響應值曲線效應影響極顯著(p<0.01)，C2對響應值曲線效應影響顯著(p<0.05)，交互項AC和BC對響應值影響極顯著(p<0.01)，交互項AB影響不顯著；由F值的大小還可判斷，3個因素對板栗保鮮率影響的主次順序為B>C>A，即處理溫度影響最大，二氧化氯質量濃度次之，處理時間影響最小；BC(二氧化氯質量濃度與處理時間)交互效應大于AC(二氧化氯質量濃度與處理時間)。

表3 回歸方程的方差分析Table 3 ANOVA for regression equation

注：*.差異顯著(p<0.05)，**.差異極顯著(p<0.01)。

2.2.3 試驗因素交互效應分析

為了充分考察各因素之間的交互效應，在固定某一因素為零水平的基礎上，對原方程模型采用降維分析得回歸方程如下：

YAB=91.95+2.71A+3.95B+0.8AB-3.62A2-4.17B2

(6)

YAC=91.95+2.71A+3.23C-2.31AC-3.62A2-1.64C2

(7)

YBC=91.95+3.95B+3.23C-2.61BC-4.17B2-1.64C2

(8)

由以上方程可得兩兩因素間交互效應響應面和等高線圖見圖4-a～c。

圖4 各因素交互作用的響應面和等高線Fig.4 Contour and response surface plots showing the interactive effects of three factors on preservation rate

如果等高線圖越接近橢圓則表明兩因素的交互效應越強，越接近圓形則交互效應越小；響應面圖曲面坡度越陡峭則因素對響應值影響越大[25]。

圖4-a中，處理溫度與處理時間等高線接近圓狀，兩因素間無交互效應，表明即處理溫度與處理時間不存在協同增效作用，響應值(保鮮率)僅受各自量變影響。圖4-b中，二氧化氯質量濃度與處理時間等高線接近橢圓狀，兩因素間交互效應強，表明二氧化氯質量濃度與處理時間存在協同增效作用；響應面圖沿二氧化氯質量濃度變化方向曲面更加陡峭，表明二氧化氯質量濃度變化對響應值(保鮮率)的影響更大。圖4-c中，二氧化氯質量濃度與處理溫度等高線接近橢圓狀，兩因素間交互效應強，表明二氧化氯質量濃度與處理溫度存在協同增效作用；響應面圖沿處理溫度變化方向曲面更加陡峭，表明溫度變化對響應值(保鮮率)的影響更大。

2.2.4 貯藏條件優化及驗證試驗結果

利用回歸方程所得最優貯藏條件為：處理時間21.13 min、處理溫度56.58 ℃和二氧化氯質量濃度167.24 mg/L，此條件下板栗保鮮率預測值為93.80%。考慮貯藏過程中的實際可操作性，調整最優貯藏條件為：處理時間22 min、處理溫度57 ℃和二氧化氯質量濃度167 mg/L。采用調整后的貯藏條件，按照1.3.1節所述方法進行板栗貯藏的驗證試驗，共3 組平行試驗，結果取平均值，測得板栗保鮮率為93.61%，與預測值接近，表明優選所得貯藏條件可靠。

3 結論

利用Box-Behnken響應面優化試驗優選的最佳貯藏條件為：二氧化氯質量濃度167 mg/L、處理溫度57 ℃和處理時間22 min。以此條件處理板栗，在5～15℃的環境溫度條件下貯藏60 d，保鮮率可達93.61%。因此，穩定態二氧化氯結合熱處理是一種安全性高，效果良好的板栗貯藏技術。

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Optimizationoftreatmentofstablechlorinedioxidecombinedwithheatonchestnutpreservation

GU Ren-yong*,YANG Wan-gen

(College of Chemistry and Chemical Engineering,Jishou University,Jishou 416000,China)

Effects and conditions of stable chlorine dioxide combined with heat treatment were used to prolong the storage time of Chestnut.With preservation rate as index,a response surface methodology was used to investigate the effects of chlorine dioxide mass concentration,heat treatment temperature and time on the preservation rate.The results showed that synergy effects existed between chlorine dioxide mass concentration and treatment temperature,and between chlorine dioxide mass concentration and treatment time.The best storage conditions were:chlorine dioxide mass concentration 167 mg/L ,treatment temperature 57 ℃ ,treatment time 22 min.Under the above conditions and stored at temperatures of 5-15 ℃ for 60 days,the preservation rate of chestnut was up to 93.61%.

stable chlorine dioxide；heat treatment；chestnut；response surface methodology

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.014587

碩士，教授(本文通訊作者，E-mail：zhengwanqi86@163.com)。

2017-04-20，改回日期：2017-05-16